FORZA IONICA

La forza ionica è una grandezza utile ad esprimere l’intensità del campo elettrico dovuto alla presenza degli ioni in una soluzione elettrolitica. Si calcola attraverso la seguente sommatoria:

μ = 0.5 Σ Ci zi2    dove Ci = concentrazione molare della specie iesima  e             zi = carica elettrica

Grazie alla valutazione della forza ionica e all’utilizzo di una importante equazione, quella di Debye-Huckel, è possibile ricavare il valore dei coefficienti di attività delle specie ioniche in soluzione. I coefficienti di attività γ, i cui valori variano tra 0 ed 1, ci consentono a loro volta di definire una concentrazione effettiva, nota come attività, così calcolabile :  ai = γi Ci .

Il concetto di attività permette di tener conto di una partecipazione effettiva da parte delle specie elettricamente cariche ai fenomeni chimico-fisici in soluzione in misura diversa rispetto a quanto si potrebbe prevedere con dei valori di concentrazione che non tengano conto delle interazioni elettrostatiche. Queste ultime sono responsabili di una minore indipendenza degli ioni e una conseguente diminuzione della  disponibilità degli stessi ai processi in soluzione.

In soluzioni a basse concentrazioni infatti l’elevata diluizione favorisce un consistente distanziamento tra gli ioni presenti, ma anche una più efficace solvatazione degli stessi : il risultato è che gli ioni sono meglio schermati , indipendenti e le interazioni elettrostatiche minimizzate, quindi i coefficienti di attività risultano unitari , valore tipico per le soluzioni ideali. Le  concentrazioni sono in questo caso effettivamente pari a quelle che ci aspetteremmo in base alle definizioni a noi già note, in particolare quelle di molalità e molarità. Ciò in particolare si verifica in soluzioni molto diluite, ovvero con concentrazioni inferiori ai 10-3 M.

Il coefficiente di attività , in definitiva, ci consente di quantificare l’entità della deviazione dalla idealità.

La stessa costante di equilibrio andrebbe espressa più correttamente attraverso l’uso delle attività, almeno in soluzioni ad alta concentrazione, come in una generica reazione sotto riportata:

aA + bB ↔ cC + dD

Keq =  (aC)c (aD)d / (aA)a (aB)=                                                                                               =  (γC)c  D)d / (γA)a  B )b ∙  (CC)c (CD)d / (CA)a (CB)b

Calcoliamo infine, come esempio, la forza ionica di una soluzione di K2SO4 0.2 M.

L’ elettrolita forte in questione , completamente dissociato, presenta le seguenti concentrazioni ioniche:   [K+] = 0.4 M   e  [SO42-] = 0.2 M  per cui la forza ionica sarà:

μ = 0.5[(0.4*1)+(0.2*2)] = 0.5 M

Chimitutor -23 Giugno 2018